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Schleifmaschinen

Schleifen von Wälzschälwerkzeugen mit In-Prozess-Messung

Für das Herstellen von Wälzschälwerkzeugen bietet Anca eine Schleifmaschine mit In-Prozess-Messung. Mit Skiving werden Zahnräder für Elektroautos gefertigt.

Angesichts der rasanten Entwicklung in der Elektromobilität steht die Industrie weiterhin vor großen produktionstechnischen Herausforderungen. Gemäß dem Nachhaltigkeits-Szenario der Internationalen Energieagentur (IEA) soll bis 2030 mit etwa 245 Mio. Elektroautos ein Anteil von 30 % weltweit erreicht werden. Das Angebot an Modellen nimmt kontinuierlich stark zu, 18 der 20 größten OEM, wie die BMW- und GM-Gruppe, haben sich verpflichtet, das Angebot und den Verkauf von Elektroautos zu erweitern.

45 % der gesamten Zahnradproduktion ist für Fahrzeuggetriebe bestimmt. Der Vormarsch der Elektrofahrzeuge verändert die Anforderungen an die Getriebeindustrie. Höhere Motordrehzahlen von bis zu 20.000 min-1 bedeuten, dass ein höheres Übersetzungsverhältnis für mehr Effizienz erforderlich ist. Bei einem Planetengetriebe, auch bekannt als Planetenradsatz, sind die Sonnen- und Planetenräder als Außenräder in einem Zahnkranz montiert. Die Außenzahnräder werden durch Wälzfräsen und anschließendes Schleifen hergestellt.

Zahnräder für Elektroautos haben engere Toleranzanforderungen

Das Innenzahnrad wird traditionell durch stoßen oder räumen hergestellt. Das Wälzstoßen ist jedoch langsam, während das Räumen auf schwerfällige Werkzeuge angewiesen ist. Ein weiterer Trend, der durch die kompaktere Bauweise des neuen Getriebes in Elektrofahrzeugen ausgelöst wurde, sind mehrere Zahnräder auf einer Welle, die sehr nahe beieinander liegen. Aufgrund der Störkonturen können die kleineren Zahnräder auf der Welle nicht durch Wälzfräsen hergestellt werden.

Auch die Geräuschemissionen von Elektrofahrzeugen stellen eine Herausforderung dar. Zahnräder für Elektroautos müssen noch höheren Toleranzanforderungen genügen, die für Innenverzahnungen von DIN 10 auf DIN 6 erhöht wurden. Die Verzahnungshersteller sehen im Hartschälen ein revolutionäres Verfahren, um die Millionen von Zahnrädern herzustellen, die für die neuen Elektrofahrzeuge benötigt werden.

Komplettlösung zum Schleifen von Wälzschälwerkzeugen

Das Wälzschälen, oder auch Skiving, ist das effizienteste Verfahren zum Herstellen von Zahnrädern für Elektrofahrzeuge. Beim Schälen handelt es sich um einen kontinuierlichen Materialabtrag bei dem die Wälz- und die Fräsbewegung kombiniert werden. Während der Fräser als Ritzel in das Zahnrad eingreift, bewegt er sich gleichzeitig in der axialen Richtung des Zahnrads. Es ist ebenso effizient wie das Wälzfräsen und generell fünf bis zehnmal schneller als das Wälzstoßen. Beim Schälen entstehen kürzere Späne und geschälte Zahnräder weisen eine höhere Qualität mit geringerer Oberflächenrauigkeit auf. Für das Hartschälen nach der Wärmebehandlung werden leistungsstarke Vollhartmetall-Wälzschälwerkzeuge benötigt.

Als Reaktion auf die Marktnachfrage bietet Anca eine Komplettlösung für die Herstellung von Wälzschälwerkzeugen aus Hartmetall und HSS und das Nachschleifen. Die Schleifmaschine GCX Linear bietet eine In-Prozess-Messung, um den Herstellungsprozess erheblich zu verbessern. Diese erfolgt mit analogem Messtaster und sorgt für einen präzisen, geschlossenen Fertigungsprozess. Mit der GCX werden enge Toleranzen erreicht, sodass genaue Zahnräder hergestellt werden können, die den Herausforderungen einer langen Lebensdauer und geringen Geräuschemissionen gerecht werden.

In-Prozess-Messung verbessert das Schleifergebnis

Bei der Herstellung von Skiving-Werkzeugen sind verschiedene Herausforderungen zu bewältigen.

  • Herausforderung 1: Komplexe Geometrie. Die GCX Linear wird mit einer parametrisierten Konstruktionssoftware geliefert, die die Geometrie des Wälzschälwerkzeugs direkt aus den Verzahnungsparametern berechnet und eine Kollisionsanalyse und Schleifsimulation ermöglicht.
  • Herausforderung 2: Enge Toleranz. Die GCX Linear erreicht DIN AA-Qualität mit einer Reihe von Technologien, die auf der TX-Plattform, dem Flaggschiff von Anca, basieren. Dazu gehören MTC (Motor Temperature Control), AEMS (Acoustic Emission Monitoring System), präziser Spindelstock, große Verfahrwege, der Lin-X-Linearmotor in allen Linearachsen und iBalance.
  • Herausforderung 3: Messung. Die GCX Linear ist die einzige CNC-Schleifmaschine mit In-Prozess-Messung mit einem analogen Messtaster. Herkömmliche Verzahnungsmessmaschinen verfügen nicht über das richtige mathematische Modell für Wälzschälwerkzeuge. Die GCX-Lösung für die prozessbegleitende Messung macht die Investition in eine Messmaschine überflüssig.
  • Herausforderung 4: Abrichten einer Diamantscheibe in eine komplexe Form mit Mikrometer-Toleranz. Ancas Software leitet eine vereinfachte Schleifscheibenform ab und ermöglicht eine direkte Kompensation der Bahn. Das System AEMS überwacht den Abrichtprozess der Schleifscheibe mit einem intelligenten maschinellen Lernalgorithmus, um die Kosten zu minimieren und die Effizienz zu verbessern.
  • Herausforderung 5: Qualitätskontrolle. Es gibt einen vollständig geschlossenen Produktionskreislauf aus schleifen, messen und kompensieren - alles innerhalb der Maschine, ohne dass das Werkzeug ausgespannt werden muss.
  • Herausforderung 6: Wissensdefizit. Anca bietet umfassende Schulungsprogramme an, die dem Bediener den Einstieg in die Welt der Verzahnungswerkzeuge erleichtern. Vollständige Prozesskenntnisse helfen den Kunden, den Standardprozess an die Umgebung anzupassen.

    • Die Fähigkeit der GCX Linear, das Zahnradprofil anhand der korrekten mathematischen Form auszuwerten, ist ein bedeutender Fortschritt für die Industrie. Zusammen mit der direkten Kompensation ist das Schleifen von Skiving-Werkzeugen daher eine effiziente und praxisgerechte Closed-Loop-Lösung.

    Joachim Jäckl/rk

    Foto: Anca Die GCX-Linear-Plattform ist ausgelegt auf die Fertigung verschiedener komplexer Wälzschälwerkzeuge.
    Foto: Anca Zur Fertigung von verzahnten Bauteilen für Planetengetriebe, Wellen und weiteren Antriebstechnikkomponenten wird das Wälzschälen eingesetzt. 
    Foto: Anca Die Schleifmaschine GCX Linear ist die passende Komplettlösung für das Herstellen und Nachschärfen von Vollhartmetall-Schälfräsern. 
    Foto: Anca Bei der In-Prozess-Messung und -Kompensation werden Zahnabstand und Zahnform nach DIN 1829 bewertet. Durch die Möglichkeit zur Kompensation ergeben sich Vorteile für Produktion und Nachschleifen.